1.2. Obsah
Učebnice Fyzika mikrosvěta má 184 stran a text je v ní rozdělen do šesti kapitol:
V každé kapitole je několik odstavců, jejichž obsah vždy stručně shrnu.
1. Struktura mikrosvěta
1.1 Poznávání mikrosvěta
Úvodní odstavec seznamuje čtenáře s pojmy mikrosvět a makrosvět. Vlastnosti mikrosvěta jsou velmi odlišné od naší běžné zkušenosti, a proto k popisu jevů v mikrosvětě bylo nutno vytvořit novou teorii - kvantovou fyziku.
1.2 Svět molekul a atomů
V odstavci je obsažen poznatek o diskrétní struktuře tělesa skládajícího se z molekul a atomů. Po zavedení fyzikální veličiny látkové množství a Avogadrovy konstanty se pomocí jednoduchých výpočtů dochází k odhadu charakteristických rozměrů atomů a molekul, jejich hmotností, velikosti náboje iontů a k odhadu velikosti energie chemické vazby. Na závěr je uveden příklad demonstrující obrovský počet atomů v makroskopických tělesech.
1.3 Nitro atomu
Odstavec se zabývá objevem elektronu a pokusy změřit jeho náboj a hmotnost (J. J. Thomson, R. A. Millikan). Po konstatování, že elektron je součástí atomu, je nastolena otázka struktury atomu. Jako odpověd na ni je nejprve prezentován Thomsonův "pudinkový" model atomu. Předložené výsledky pokusů E. Rutherforda s rozptylem - částic se zdůvodňují jadernou strukturou atomu a znamenají vznik jaderného modelu atomu.
1.4 Složení jádra
V úvodu jsou zavedeny pojmy chemický prvek, nuklid a izotop. K vysvětlení jevu izotopie je nabídnuta hypotéza složeného jádra, které je tvořeno protony a neutrony. Následuje definice protonového, neutronového a nukleonového čísla a způsobu označování atomu značkou. Po uvedení principu hmotnostního spektrometru je naznačena složená struktura nukleonů.
1.5 Vazebná energie a energie reakce
Vazebná energie soustavy a energie reakce jsou definovány relativistickým vztahem ekvivalence hmotnosti a energie (DE = Dm×c2). Dále je komentováno chování soustavy s kladnou nebo zápornou vazebnou energií a uvedeny řádové velikosti vazebné energie různých soustav (energie chemické vazby, nukleonů v jádře, kvarků).
2. Pohyb v mikrosvětě
2.1 Kvantová hypotéza
Odstavec obsahuje nástin popisu problému záření absolutně černého tělesa - zavedení pojmu absolutně černého tělesa a výčet experimentálně pozorovaných vlastností tohoto záření. Za východisko z problémů s vysvětlením těchto experimentálních faktů je označena Planckova kvantová hypotéza a poté formulováno její znění (pro zajímavost je také uveden Planckův vzorec spektrální hustoty intenzity vyzařování).
2.2 Fotoelektrický jev
Náplní odstavce je další z jevů, které ukazují na částicové vlastnosti světla (elektromagnetického záření). Přehled vlastností fotoelektrického jevu doplňuje schematický popis experimentálního zařízení pro jeho studium. Komentář k Einsteinově teorii fotoelektrického jevu obsahuje (v rámci poznámky pod čarou) i krátké odvození vztahů pro energii a hybnost kvanta záření (E = h×f, p = h / l) pomocí speciální teorie relativity.
2.3 Foton
Tento odstavec dokončuje úvahy o elektromagnetickém záření jako proudu částic. Posledním jevem, který se uvádí v této souvislosti, je Comptonův jev. Nově získané poznatky o chování elektromagnetického záření se autor pokouší prohloubit pomocí rozboru dvojštěrbinového experimentu s následnými úvahami o korpuskulárně vlnovém dualismu.
2.4 Vlnové vlastnosti částic
Začátek patří de Broglieho hypotéze a popisu Davissonova-Germerova pokusu. Naznačením způsobu popisu mikroobjektu pomocí vlnové funkce (včetně pravděpodobnostní interpretace) se autor dostává k formulaci významu pojmu částice v mikrosvětě.
2.5 Kvantová mechanika
Po vymezení oblasti působnosti kvantové mechaniky (v rámci kvantové fyziky) a formulováním souvislostí kvantové a klasické mechaniky prostřednictvím principu korespondence se přistupuje k vyšetření chování mikroobjektu uvnitř nekonečně hluboké potenciálové jámy. Výpočet je proveden pomocí analogie mezi stacionárním kvantovým stavem částice uvězněné na úsečce a stojatou monochromatickou vlnou na struně. Odstavec uzavírá zmínka o Schrödingerově rovnici a Heisenbergově relaci neurčitosti.
3. Atomová fyzika
3.1 Kvantování energie atomů
Po zavedení pojmů emisního a absorpčního spektra se autor zaměřuje na spektrum atomu vodíku a na Balmerův vzorec. Využitím Balmerova vzorce a Bohrových kvantových postulátů, které jsou tu v obecné formě uvedeny, se počítá hodnota energie základního stavu atomu vodíku. Pro potvrzení správnosti Bohrových postulátů je proveden krátký rozbor Franckova-Hertzova experimentu.
3.2 Atom vodíku
Odstavec popisuje kvantový model atomu vodíku. Nejprve je stručně okomentována pravděpodobnost nalezení elektronu v určité vzdálenosti od jádra, poté jsou zavedena tři kvantová čísla (hlavní, vedlejší a magnetické) a uveden jejich fyzikální význam. Pro ilustraci je vyložen i Bohrův model atomu vodíku včetně výpočtu energiového spektra. V závěru se zavádí čtvrté kvantové číslo - spinové magnetické kvantové číslo.
3.3 Periodická soustava
V úvodu je učiněn pokus o přiblížení způsobu řešení Schrödingerovy rovnice mnohaelektronového atomu (jednoelektronová aproximace). Pro vysvětlení stavby elektronových obalů atomů se vyslovují dva principy - princip nerozlišitelnosti částic a Pauliho vylučovací princip. Pak následuje výklad způsobu obsazování stavů atomu elektrony a fyzikální zdůvodnění jejich chemických vlastností. V souvislosti s Pauliho vylučovacím principem jsou zavedeny pojmy fermion a boson.
3.4 Chemická vazba
Jsou vyloženy dva základní typy chemické vazby - vazba iontová a kovalentní. Jako příklad iontové vazby slouží molekula NaCl. Kovalentní vazba je demonstrována na molekulárním iontu H2+, molekule vodíku, vody a amoniaku. V závěru se ještě krátce hovoří o kovové vazbě a o pásové teorii pevných látek.
3.5 Lasery
Nejdříve se provádí výčet důležitých pojmů potřebných pro vysvětlení principu laseru - spontánní a stimulovaná emise, stimulovaná absorpce, pojem aktivního prostředí, metastabilní hladiny. Na základě těchto poznámek se autor pokouší o výklad principu laseru a jeho technického uspořádání při různých typech aktivního prostředí (laser rubínový, neodymový, helium-neonový). Dále jsou zmíněny lasery polovodičové, chemické, průtokové plynové, barvivové a excimerové.
4. Jaderná fyzika
4.1 Vlastnosti atomových jader
Odstavec shrnuje některé vlastnosti jaderných sil (velmi krátký dosah, nasycení). Uvádí se vztah pro poloměr atomového jádra (R = R0 A1/3, R0 = 1,3.10-15 m) a závislost vazebné energie na jeden nukleon na nukleonovém čísle. Stručně jsou zmíněny kapkový a slupkový model atomového jádra.
4.2 Radioaktivita
Po seznámení s historií objevu přirozené radioaktivity je předložen výčet různých druhů radioaktivního záření (alfa, beta, gama a neutronové záření). Další část odstavce obsahuje výklad zákona radioaktivní přeměny, umělé radioaktivity a popis přirozených přeměnových řad.
4.3 Jaderné reakce
Po zavedení pojmu jaderné reakce autor uvádí příklady historicky
prvních umělých reakcí. Poté dělí jaderné reakce (sloužící k uvolňování energie)
na dva typy: jaderné slučování a jaderné štěpení. Výklad obsahuje výběr konkrétních
reakcí (reakce využitelné v energetice, probíhající ve Slunci, štěpení uranu)
a komentář o podmínkách, při nichž probíhají.
4.4 Jaderná energetika
Odstavec přináší výklad principu jaderného reaktoru a jaderné elektrárny. V závěru autor prezentuje možnost získání energie pomocí řízené jaderné fúze (systém tokamak).
4.5 Využití radionuklidů a ochrana životního prostředí
Tato část zmiňuje široké využití radionuklidů v běžném životě (defektoskopie, diagnostika,...). Současně upozorňuje na nebezpečnost radioaktivních látek a nutnost aktivní ochrany při jejich používání.
5. Fyzika částic
5.1 Experimentální metody výzkumu částic
Provádí se základní popis následujících experimentálních zařízení důležitých pro fyziku částic: Geigerův-Müllerův počítač, Wilsonova mlžná komora, bublinková komora, lineární urychlovač, cyklotron, fázotron, synchrotron, synchrofázotron.
5.2 Systém částic
V úvodu je vyložen poznatek o existenci antičástic a popsán jev anihilace částice s příslušnou antičásticí. Odstavec dále obsahuje rozdělení částic podle různých kriterií (bosony-fermiony, hadrony-leptony, atd.) a výklad o kvarcích.
5.3 Interakce mezi částicemi
Autor uvádí přehled současného stavu znalostí o základních silách působících v přírodě a naznačuje cestu úvah směřujících k sjednocení těchto interakcí v interakci jedinou (teorie elektroslabých sil, teorie velkého sjednocení, "teorie všeho").
6. Fyzikální obraz světa
Závěrečný odstavec je pokusem o přehled vývoje fyzikálního obrazu světa tak, jak se měnil s úrovní lidského poznání.